近日，北京化工大学杨小平教授团队、韩国成均馆大学Ho Seok Park教授在Advanced Energy Materials (影响因子：25.245)上合作发表题为“Ionic-Conducting and Robust Multilayered Solid Electrolyte Interphases for Greatly Improved Rate and Cycling Capabilities of Sodium Ion Full Cells”的研究工作。该研究以铋基合金化负极材料为研究对象，揭示了在醚类和酯类电解质中固体电解质界面层的显著差异及其对储钠性能的影响。

虽然合金化负极材料具有较高的理论比容量，但其充放电过程中较大的体积膨胀使得固体电解质界面层难以稳定，从而造成电解液的持续分解并降低电池的循环寿命。对负极材料进行纳米化及碳包覆是目前主要的研究方向。具有精细纳米结构的负极材料可以减缓其在充放电过程中的体积膨胀并在一定程度上稳定固体电解质界面层。然而，其较高的制备成本和较低的振实密度使其难以在高负载时或器件中依然保持良好的性能，从而使其商业化应用难以实现。因此，如何从固体电解质界面层本身出发，通过调控其微观结构和组分使其自身在充放电过程中保持稳定，是一个重要且有意义的研究方向。

本工作揭示了Bi/C负极材料在醚类电解质中可以实现快速的钠离子存储动力学并保持结构完整性。该优异性能得益于表面具有高离子电导的聚醚有机层，及内部富含致密无机层的多层固体电解质界面。此外，得益于固体电解质界面原位生成且连续这一特点， Bi/C负极可以在高负载量 (11 mg cm^-2) 时依然保持和低负载量时几乎相同的质量比容量，从而实现较高的面积比容量 (3.3 mAh cm^-2)。使用该体系匹配Na₃V₂(PO4)₃正极时，所得全电池能量密度可达162 Wh kg^-1。这项工作揭示了固体电解质界面层微观结构和组分对合金化负极材料的重要影响，为之后高性能合金化负极材料开发提供了理论指导。

图1. Bi/C负极材料在醚类电解质和酯类电解质中的储钠循环性能，形貌演变及阻抗分析

图2. 固体电解质界面层微观结构及组分分析

该论文第一作者为北京化工大学、成均馆大学联合培养博士生原浩成，材料学院于运花教授、兰金叻副教授和成均馆大学Ho Seok Park为本文共同通讯作者，第一完成单位为北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室。本研究工作得到了中国国家自然科学基金、韩国国家科研基金(NRF)、中央高校基本科研业务费及北京化工大学博士研究生中外联合培养项目的支持。

文章信息：Haocheng Yuan, Fengxin Ma, Xianbin Wei, Jin‐Le Lan*, Yuan Liu, Yunhua Yu*, Xiaoping Yang and Ho Seok Park*. Ionic-Conducting and Robust Multilayered Solid Electrolyte Interphases for Greatly Improved Rate and Cycling Capabilities of Sodium Ion Full Cells. Adv. Energy. Mater., 2020, https://doi.org/10.1002/aenm.202001418.

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202001418